Influencia en la Resistencia a Compresión de

María Soledad Gómez L., Sergio Vidal A.
Influencia en la Resistencia a
Compresión de Hormigones
por Efecto de la Temperatura
Ambiente
Autores: María Soledad Gómez L. - Profesora
Adjunta - Sergio Vidal A. - Profesor Auxiliar
Escuela de Construcción Civil
Pontificia Universidad Católica de Chile
emails: [email protected], [email protected]
Fecha de recepción : 28/03/06
Fecha de aceptación : 26/05/06
En el hormigón, el desarrollo de la resistencia a compresión depende también en gran par te de la temperatura de confección y colocación.
Existen estudios que hablan de hormigonado en tiempo
frío, temperaturas menores a 5º C, tiempo caluroso,
temperaturas mayores a 35º C y normales entre los
rangos anteriores.
El presente estudio permite establecer cómo incide la
temperatura ambiente al momento de la confección del
hormigón, en la resistencia a compresión, así como en
la evolución de la resistencia entre 7 y 28 días.
Para el estudio se analizaron un total de 778 muestras, correspondientes a hormigones grado H20, H25
y H30 con un 5% y 10% de defectuoso, compuestas
por 3 probetas cada una, las que fueron ensayadas a
compresión a 7 y 28 días. Asimismo, se consideraron
temperaturas mayores a 5º C y menores a 35º C, de
manera de no incluir las temperaturas correspondientes
a hormigonados especiales (tiempo frío y caluroso).
De lo anterior se pudo concluir que para muestras
mantenidas en obra por un período máximo de 2 días
y luego mantenidas en condiciones de laboratorio,
se tiene que la evolución de la resistencia es mayor
en tiempo caluroso, sin embargo en este período se
tienen una merma en la resistencia con respecto al
tiempo frío.
Abstract
Resumen
Influence in Compressive Strength of Concrete Because of Environmental
Temperature
In concrete, development of compressive strength
mostly depends on confectioning and placing of
temperature.
There are surveys about concreting in cold weather,
temperatures below 5° C, hot weather, temperatures
over 35° C and normal between the last ranges.
This survey allows setting as environmental temperature
affects at the moment of concrete confectioning,
in compressive strength, as well as in evolution of
strength between 7 and 28 days.
For this survey a total of 778 samples were tested,
corresponding to concretes grade H20, H25 and
H30 with a 5% and 10% of defective, composed of
3 specimens each one, which were tested under
compression to 7 and 28 days. Moreover, temperatures
over 5°C and lower 35°C were considered, in order
not to include temperatures corresponding to special
concreting (hot and cold weather).
From the previous paragraph, it is possible to conclude
that in samples maintained in construction site during
a maximum period of 2 days and then maintained in
laboratory conditions, the strength is bigger in hot
weather, however, in this period a loss in strength
with regard to cold weather is obtained.
Key words: concrete, temperature, compressive
strength.
Palabras clave: hormigón, temperatura, resistencia a
compresión.
56
Revista de la Construcción. Vol. 5 Nº 1 - 2006
Páginas: 56 - 61
I. INTRODUCCIÓN
Se sabe que la resistencia a compresión III. METODOLOGÍA
varía en función de la temperatura a la
Una de las variables más incidentes que se encuentra expuesto el hormigón Esta investigación tuvo como objetivo deen la resistencia a compresión de los por medio del grado de madurez.
terminar la incidencia de la temperatura
hormigones es la temperatura a la que
ambiente en la evolución de resistencia
estuvieron expuestos durante las pri- Finalmente, este estudio consiste en a compresión entre 7 y 28 días y en la
meras horas desde confeccionados. La determinar cuánto afecta la temperatura resistencia a compresión a 28 días.
literatura indica que hormigones someti- ambiente en la resistencia a compresión
dos a temperaturas extremas –cercanas del hormigón, considerando temperaturas Para este estudio se consideraron las
a 0° C o sobre 35° C– pueden sufrir una entre un rango mayor a 5º C y menor a 35º siguientes variables:
disminución impor tante de su resistencia C, valores correspondientes a los límites
a compresión a los 28 días y su durabi- para ser considerados como hormigonado 1. Característica de la muestra en estudio
lidad, asimismo, la temperatura puede en tiempo frío y hormigonado en tiempo
modificar la curva de endurecimiento del caluroso, ampliamente estudiados.
hormigón.
Por otra par te, para este estudio no se
La curva de resistencia se obtiene con analizó la dosificación, tipo de árido
resultados de resistencia a compresión (chancado o rodado), cemento (corriente
de probetas mantenidas hasta su edad de o alta resistencia) o aditivos utilizados en
ensayo a una temperatura de 20 ± 3° C los hormigones, dejando esas variables
y una humedad relativa mayor o igual al como constantes, de manera de poder
90%. Si bien a esta temperatura se deben estudiar solo el fenómeno dentro de los
mantener los hormigones desde el mo- parámetros temperatura y poder ver clamento de su confección, en la práctica ramente la tendencia de la evolución y la
mantener esas condiciones en obra no resistencia a compresión.
siempre es posible por las condiciones
II. EXIGENCIAS NORMATIVAS
propias de obra.
Debido a las elevadas gradientes de temperatura que tiene nuestro país, Chile,
esta variable debe ser considerada al
momento de hormigonar. Al respecto, la
norma chilena NCh 170 (Hormigón – Requisitos Generales) señala que se considera un hormigonado en tiempo frío, si
en los 7 días previos al hormigonado hay
uno a más días con temperatura media de
5° C, por otra par te, señala que en tiempo caluroso o en ambiente con viento se
deben tener hormigones a temperaturas
inferiores a 30° C en caso de elementos
normales y menor que 16° C en elementos
cuya dimensión exceda a los 0,80 m.
Revista de la Construcción. Vol. 5 Nº 1 - 2006
La norma chilena NCh 1017 (Hormigón
– Confección y curado en obra de probetas
para ensayos de compresión y tracción)
establece que el curado de las probetas
de hormigón fresco debe efectuarse a temperatura de 20 ± 3° C y con una humedad
relativa mayor o igual al 90% o mantener las
probetas sumergidas en agua quieta saturada con cal a una temperatura de 20 ± 3° C.
Asimismo, señala que en obra las probetas
deben estar en condiciones de curado por un
período de tiempo no inferior a 20 horas para
probetas que serán sometidas a compresión
y 44 horas para probetas que serán sometidas a ensayo de tracción por flexión.
♦ Hormigones grado H20, H25 y H30,
resistencia especificada de 20, 25 y
30 MPa, respectivamente
♦ Fracción defectuosa para cada grado
de hormigón de 5% y 10%
♦ Tamaño de la muestra de hormigón en
estudio, correspondiente a 778 muestras compuestas de 3 probetas cúbicas
de 20 cm de arista
♦ Muestra para ensayo a compresión,
una probeta a 7 días y dos a 28 días
♦ Temperatura ambiente al momento de
la extracción de la muestra
♦ Hora de la extracción de la muestra
♦ Mes del año en que se extrajo la muestra
♦ Retiro de las muestras de obra al
segundo día de confeccionada la probeta
♦ Curado de las probetas en obra según
norma NCh 1017
57
María Soledad Gómez L., Sergio Vidal A.
♦ El tamaño de muestra para cada grado aumenta la temperatura de confección
de hormigón fue el siguiente:
de las probetas existe una disminución
de la resistencia a compresión a 28 días.
- H20(5), 93 muestras
Este efecto es de mayor impor tancia en
- H20(10), 54 muestras
hormigones grado H30, ya que para 30° C
- H25(5), 206 muestras
se aprecian disminuciones de resistencia
- H25(10), 213 muestras
del orden de un 5,6% respecto de la resis- H30(5), 58 muestras
tencia de hormigones del mismo grado a
- H30(10), 154 muestras
20° C, asimismo, se tienen incrementos
de resistencia cercanos a un 3% para
2. Análisis considerados para el estudio
probetas confeccionadas a temperatura
cercanas a los 10° C.
♦ Resistencia a compresión, promedio de
2 probetas cúbicas de 20 cm de arista En el caso de los hormigones grado
a 28 días en función de la temperatura H25, probetas confeccionadas a 35° C
ambiente al momento de la confección presentan una disminución de resistende las probetas, sin considerar la es- cia respecto a probetas confeccionados
tación del año (invierno, verano, etc.) a 20° C, del orden de un 2,5%. En este
♦ Evolución de la resistencia a compresión, considerando la resistencia de
una probeta a 7 días y el promedio
de las resistencias a 28 días de las 2
probetas restantes.
caso, probetas confeccionadas a 10° C
tienen un incremento de resistencia del
orden de un 2,0%.
10° C presentan incrementos de resistencia del orden de un 3,3% con respecto a
las confeccionadas a 20° C. Para este
grado se tienen disminuciones del orden
de un 5,3% con respecto a las probetas
confeccionadas a 20° C, cuando estas
son confeccionadas a 35° C.
2. Porcentaje de evolución de la
resistencia a compresión de 7 a 28 días,
de hormigones grado H20, H25 y H30 con
un 10% de fracción defectuosa en función
de la temperatura ambiente
Para hormigones con grados comprendidos entre H20 y H30 y una fracción
defectuosa de un 10%, se tiene que
para bajas temperaturas –cercanas a
10º C– se obtienen menores resistencias
a 7 días con relación a la resistencia a
28 días, que para probetas confeccionadas a mayores temperaturas.
Finalmente, en los hormigones grado En el caso de hormigones grado H20 se
H20 las probetas confeccionadas a tienen resistencias a 7 días con respecto
♦ Influencia de la hora y temperatura de
confección de las probetas en función
de la resistencia a compresión a 28
días.
♦ Resistencia a compresión en función de
la temperatura según época del año.
IV. ANALISIS DE RESULTADOS
1. Resistencia a compresión de
hormigones grado H20, H25 y H30 con un
10% de fracción defectuosa, en función
de la temperatura ambiente
Para hormigones con grados comprendidos entre H20 y H30 y una fracción defectuosa de un 10%, se tiene una clara Gráfico N° 1: Resistencia a compresión de hormigones grados H20, H25 y H30 con un 10% de
tendencia que indica que a medida que
fracción defectuosa
58
Revista de la Construcción. Vol. 5 Nº 1 - 2006
Páginas: 56 - 61
Es impor tante destacar que si bien a medida que aumenta la temperatura se tienen
mayores resistencias a 7 días con relación a la resistencia de 28 días, a medida
que aumenta la temperatura se obtienen
resistencias a 28 días menores tal, como
se puede apreciar en el Gráfico N° 2.
3. Resistencia a compresión en función
de la temperatura ambiente considerando
la fracción defectuosa
Gráfico N° 2: Evolución de la resistencia a compresión de hormigones grados H20, H25 y H30 con
un 10% de fracción defectuosa
de las de 28 días, del orden de un 3,0%
menor, que las de probetas de hormigones
confeccionados a 20° C. Para este mismo
tipo de hormigones, para probetas confeccionadas a 35° C, se tiene un incremento
mayor a un 4,0% de la resistencia a 7 días
con respecto de la resistencia a 28 días.
con probetas confeccionadas a 20° C.
Para las confeccionadas a 35° C se
tienen incrementos de resistencia entre
7 y 28 días del orden de un 2% mayor
que el que se obtiene con probetas confeccionadas a 20° C.
Al efectuar el análisis considerando la
fracción defectuosa para hormigones grado H30, es posible observar que las pendientes de las líneas de tendencia para un
mismo grado de hormigón son similares.
En el caso de los hormigones grado H20
se tiene que para los hormigones con un
5% de fracción defectuosa se aprecia una
menor incidencia de la temperatura en la
resistencia a compresión, este hecho
concuerda con los resultados obtenidos
en los hormigones grado H25 con 10% de
fracción defectuosa (Gráfico N° 1).
En el caso de los hormigones grado H25,
para temperaturas de 10° C, se tiene una
evolución de resistencia entre 7 y 28 días
de probetas a compresión del orden de un
0,7% menos que la de probetas confeccionadas a 20° C. En el caso de probetas
confeccionadas y mantenidas durante sus
primeras horas a 35°C se tiene un incremento de evolución de resistencia entre
7 y 28 días del orden de un 0,7% que en
probetas confeccionadas a 20° C.
Para los hormigones grado H30, con
temperaturas de confección de probetas de 10° C, se tiene una evolución de
resistencia entre 7 y 28 días del orden Gráfico N° 3: Resistencia a compresión de hormigones grados H20 y H30 con un 5% y un 10% de
fracción defectuosa
de un 2% menor que el que se obtiene
Revista de la Construcción. Vol. 5 Nº 1 - 2006
59
María Soledad Gómez L., Sergio Vidal A.
a menor temperatura ambiente promedio
–mes que coincide con el más frío del
año–, se tienen resistencias a compresión
cerca de un 20% más altas que los meses en que se confeccionaron muestras
a mayores temperaturas promedio.
6. Relación evolución de resistencia a
compresión mensual – temperatura media
Gráfico N° 4: Influencia de la hora de confección de las probetas en función de la resistencia a
compresión a 28 días
toma de la muestra, se tendrán menores
4. Influencia de la hora de confección de
las probetas en función de la resistencia a resistencias a compresión. En el Gráfico
Nº 5 se muestran los resultados obtenicompresión a 28 días
dos para hormigones grado H30 con una
Si se efectúa el análisis de la resisten- fracción defectuosa de un 10%. De este
cia a compresión de probetas cúbicas Gráfico se puede inferir que para el mes
de hormigón y la hora en que fueron en que se tomaron muestras de hormigón
confeccionadas, para un rango de temperatura entre 15° C y 20° C, se tiene que
para muestras confeccionadas en la tarde
–entre las 16:30 y 19:30 horas– los hormigones grado H30 tienen un incremento
de resistencia del orden de un 30% y los
grado H20 de un 17%, con respecto a
hormigones del mismo grado confeccionados en el período comprendido entre
las 7:30 y 10:30 horas.
Al igual que en el gráfico anterior, es posible observar que existe la tendencia, para
los 3 grados de hormigón estudiados, que
indica que a mayor temperatura ambiente
promedio al momento de la toma de la
muestra, se tendrá mayor evolución de
resistencia a compresión. En el Gráfico
Nº 6 se muestran los resultados obtenidos para hormigones grado H30 con una
fracción defectuosa de un 10%. De este
Gráfico se puede inferir que para el mes
en que se tomaron muestras de hormigón
a menor temperatura ambiente promedio,
se tiene menor evolución de resistencia
a compresión que los meses en que se
5. Relación temperatura media –
resistencia media mensual de hormigones
En el presente análisis es posible observar que existe una clara tendencia, para
los 3 grados de hormigón estudiados,
que indica que a mayores temperaturas
ambientes promedio al momento de la
60
Gráfico N° 5: Relación resistencia media mensual de hormigones - temperatura media
Revista de la Construcción. Vol. 5 Nº 1 - 2006
Páginas: 56 - 61
confeccionaron muestras a mayor tem- muestra, si se supone que en la noche,
peratura promedio.
vale decir después de las 21:00 horas, la
temperatura es aún menor a la de la exV. CONCLUSIONES
tracción de la muestra, y se obtuvo mayor
resistencia a horas del día más tardías,
De los resultados obtenidos se puede se puede concluir también que a menor
concluir que la temperatura de confec- temperatura la resistencia a compresión
ción del hormigón incide en la resistencia es mayor. De esto se podría concluir que
a compresión a 28 días en un porcentaje para períodos con temperatura entre
que depende del grado y porcentaje frac- 15° C y 20º C sería recomendable efección defectuosa del hormigón.
tuar el hormigonado durante la tarde, de
modo que el inicio y fin de fraguado del
Si bien es cier to, este porcentaje de hormigón se desarrolle cuando se tengan
disminución, “aparentemente no muy re- las menores temperaturas ambientales.
levante”, se obtiene en base a muestras
de hormigón que permanecen 2 días en Es impor tante señalar que los resultados
condiciones de obra, para luego ingresar aquí indicados no consideran condiciones
al laboratorio donde el curado se realiza de climáticas extremas, ya que si bien algunas
acuerdo a la normativa vigente a 20 ± 3º C probetas fueron confeccionadas a tempey a más de 90% de humedad relativa.
raturas cercanas a 10º C, probablemente
durante la noche las temperaturas fueron
Por otra par te, si se analiza la resistencia menores a 10º C, e incluso cercanas a
a compresión en base a la influencia de 0º C, pero en estos casos las probetas
la hora y temperatura en que se toma la se mantienen durante su estadía en obras
cubier tas y protegidas de la intemperie,
por lo que no debieron haber llegado a
las temperaturas extremas, situación que
perfectamente puede haber sido alcanzada
con el hormigón colocado, si en obra no se
tomaron las precauciones debidas.
Finalmente, de todo lo anterior se puede
concluir que el porcentaje de pérdida o ganancia de resistencia podría ser mayor si
el ensayo de compresión de las muestras
de hormigón se realizara sobre probetas
curadas en condiciones de obra.
VI. BIBLIOGRAFÍA
1. Giani, Ricardo; Solas, Andrés. El Hormigón
y su tecnología, 2001.
2. IECA – Instituto Español del Cemento y
sus Aplicaciones. II Jornada Técnica:
Estructuras de hormigón en ambientes
marinos, 2002.
3. Lana, María José. Hormigonado con altas
temperaturas: El curado del hormigón.
Instituto de Ciencias de la Construcción
Eduardo Torroja, BIA Revista del COAAT
de Madrid Nº 232.
4.
NCh 170 Hormigón – Requisitos generales.
5. NCh 1017 Hormigón – Confección y curado en obra de probetas para ensayos de
compresión y tracción.
6. NCh 1037 Hormigón – ensayo a compresión de probetas cúbicas y cilíndricas.
7. Or tiz, Aguado, Agulló, García. Influence of
environmental temperatures on the concrete compressive strength: Simulation of
hot and cold weather conditions. Cement
and concrete research, enero 2005.
8.
Or tiz Lozano, José Ángel. Estudio experimental sobre la influencia de la temperatura ambiental en la resistencia del hormigón
preparado. Universidad de Cataluña, 2005.
Gráfico N° 6: Relación evolución de resistencia a compresión mensual – temperatura media
Revista de la Construcción. Vol. 5 Nº 1 - 2006
61